La combinaison de microscope photonique et de caméra est largement utilisée dans les applications de micro-assemblage. Cet instrument indispensable comporte cinq propriétés : un faible champ de vision, une faible profondeur de champ, une faible distance de travail, une forte dépendance à l'éclairage et un encombrement important. La conséquence directe de ces propriétés dans un contexte de micro-assemblage est l'utilisation de système de vision distribué composé d'imageurs de caractéristiques différentes et complémentaires qui ont un coût et un encombrement important. C'est pour cela que notre approche consiste a reconstruire certaines vues indispensables au contrôle de la station par des techniques de rendu d'images, limitant ainsi le nombre de vidéo microscopes photoniques réels dans la station. Pour cela, nous proposons d'utiliser deux techniques, la construction d'images mosaïques et le transfert trifocal. Avant toute chose le système de vision doit être calibré, nous présentons les étapes du calibrage stéréoscopique faible pour ce contexte de microscopie photonique ainsi que leurs améliorations par de nouveaux algorithmes. La construction d'images mosaïques est une technique qui permet de reconstruire une image complète d'une scène à partir d'un ensemble d'images représentant chacune une petite partie de cette scène. Après avoir présenté de nouveaux algorithmes en vue d'améliorer la construction de mosaïques nous l'utilisons pour la supervision de station de micromanipulation. Le transfert trifocal est une technique qui permet à partir d'un simple calibrage stéréoscopique faible de reconstruire une vue virtuelle à partir de seulement deux vues réelles sans le besoin d'information 3D explicite. Après un éclaircissement sur la théorie et la proposition de nouveaux algorithmes nous l'utilisons dans une boucle d'asservissement visuel de type look-and-move, pour contrôler le déplacement d'une micropince. La vue de côté virtuelle permettant le contrôle est reconstruite à partir des vues réelles provenant d'un stéréo microscope photonique.

Les tâches de saisie, de manipulation et d'assemblage d'objets de très<br />petites dimensions sont parmi les thèmes majeurs en micro-robotique. La<br />"micromanipulation" s'adresse d'une manière générale à la manipulation d'objets<br />de dimensions globalement comprises entre 1 micromètre et 1 mm et requiert une<br />résolution de positionnement en rapport avec ces dimensions. Le<br />micro-assemblage consiste à réaliser une séquence d'opérations élémentaires<br />conduisant à l'obtention de micro-composants constitués de différentes pièces.<br />La manipulation de chacune de ces pièces nécessite d'utiliser des effecteurs<br />dédiés, adaptés à leurs particularités (géométrie, dimensions, propriétés<br />mécaniques). Différents types d'outils doivent ainsi être utilisés<br />séquentiellement pour réaliser un micro-assemblage.<br /><br />Dans ce but, une station de micromanipulation a été réalisée. Elle est composée<br />d'une micropince montée sur un manipulateur à trois degrés de liberté. Un<br />système permettant de changer automatiquement l'extrémité de la micropince<br />(i.e. les outils) a plus particulièrement été étudié et réalisé. Il permet de<br />fixer alternativement les outils à l'actionneur de la micropince ou à un<br />magasin en utilisant une colle thermique. Celle-ci est liquéfiée par chauffage<br />ou solidifiée par refroidissement.<br /><br /><br />Ce système de changement d'outils apporte une flexibilité notablement accrue à<br />la station de micromanipulation et permet de réaliser des opérations de<br />micro-assemblage dans des espaces restreints comme par exemple la chambre d'un<br />microscope électronique à balayage. Un plan de travail compliant a également<br />été réalisé. Il permet de limiter les efforts en jeu pendant les opérations de<br />micromanipulation et d'améliorer ainsi le taux de réussite des opérations<br />délicates.

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Le lois qui régissent le monde macroscopique ne s’appliquent pas toujours aux nanodomaines.<p>Beaucoup de problèmes sont rencontrés lors de micromanipulations. Ces problèmes nécessitent d’être étudiés afin de pouvoir concevoir et produire des outils performants en micromécanique. A l’´echelle microscopique,<p>les forces qui prédominent sont les forces de van derWaals, de capilarité et électrostatiques.<p>Ce travail a pour thème les forces électrostatiques car elles sont les moins étudiées.<p><p>Le but de ce projet est le développement d’un outil de simulation afin d’étudier les forces électrostatiques adhésives. Ce problème implique la compréhension de certains mécanismes comme l’électrification de contact. En pratique, le but sera de trouver des solutions pour contrôler les forces électrostatiques lors de la conception de micromanipulateurs et de développer des stratégies pour la micromanipulation. Ceci est possible grâce à un outil de simulation et à l’étude de la littérature. La particularité<p>des simulations repose sur la prise en compte des paramètres de rugosité grâce à l’utilisation de la<p>fonction fractale de Weierstrass-Mandelbrot.<p><p>La première partie est dédiée à la revue de la littérature afin de comprendre les principes fondamentaux de l’électrostatique, les applications, et de répertorier les modèles de prédiction existants. Un outil de simulations est présenté et validé dans la seconde partie ainsi que le choix de la représentation fractale de la rugosité. Enfin, un banc de mesures de nano-forces est présenté qui permet de valider<p>les resultats des simulations. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The novel instrumentation of nanomanipulation coupled to nanospray mass spectrometry and its applications are presented. The nanomanipulator has the resolution of 10nm step sizes allowing for specific fine movement used to probe and characterize objects of interest. Nanospray mass spectrometry only needs a minimum sample volume of 300nl and a minimum sample size of 300attograms to analyze an analyte making it the ideal instrument to couple to nanomanipulation. The nanomanipulator is mounted to an inverted microscope and consists of 4 nano-positioners; these nano-positioners hold end-effectors and other tools used for manipulation. This original coupling has been used to enhance the current abilities of cellular probing and trace fiber analysis. Experiments have been performed to demonstrate the functionality of this instrument and its capabilities. Histidine and caffeine have been sampled directly from single fibers and analyzed. Lipid bodies from cotton seeds have been sampled indirectly and analyzed. The few applications demonstrated are only the beginning of nanomanipulation coupled to nanospray mass spectrometry and the possible applications are numerous especially with the ability to design and fabricate new end-effectors with unique abilities. Future study will be done to further the applications in direct cellular probing including toxicology studies and organelle analysis of single cells. Further studies will be directed in forensic applications of this instrument including gunshot residue sampled from fibers.

En este trabajo de tesis, se presentan diversos estudios experimentales, desarrollados prin cipalmente en pez cebra pero también en ostra del Pacífico, que persiguen la puesta a punto de técnicas relevantes para la utilización de estas dos especies en el campo de la biomedicina, la toxicogenómica y la acuicultura como modelo experimental. En pez cebra, se han puesto a punto y testado: Técnicas de vitrificación de tejido de aleta caudal, de blastómeras (en microvolúmenes) y de tejido gonadal. Técnica de quimerismo de la línea germinal en estadio MBT, con una penalización previa por radiación ultravioleta de los embriones receptores. Técnica de quimerismo larvario (larvas de 48-72 h) utilizando como donantes células testiculares obtenidas de individuos adultos y previamente criopreservadas. Técnica de transplante nuclear utilizando como donantes núcleos de células somáticas adultas y larvarias. Técnica de electroactivación en medio iónico de oocitos de pez cebra. In ostra del Pacífico, se han puesto a punto y testado: Evaluación de los cambios estacionales en la calidad oocitaria y espermática en ostra del Pacífico. Técnica de electrofusión cigótica de cigotos obtenidos por fecundación in vitro en ostra del Pacífico. Técnicas de vitrificación de tejido de aleta caudal, de blastómeras (en microvolúmenes) y de tejido gonadal. En relación con este grupo de técnicas, señalar el diferente nivel de dificultad de cada una de ellas e incluso de los resultados alcanzados. Así, la vitrificación de tejido de la aleta caudal no ha supuesto problema adicional respecto a la aplicación de dicha técnica en los últimos años a tejidos epiteliales de cinco especies de mamíferos, lo que da idea de la versatilidad en el uso de dicha técnica de vitrificación básica. Por contra, la criopreservación de blastómeras ha supuesto un verdadero reto, ya que los patrones de permeabilidad celular en esta especie acuática es muy diferente a la característica en mamíferos. / Cardona Costa, J. (2010). EMBRYOLOGICAL AND MICROMANIPULATION TECHNIQUES IN ZEBRAFISH (Danio rerio) AND PACIFIC OYSTER (Crassostrea gigas) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8326

Primär kutane Lymphome sind typische Krankheitsbilder in der Dermatologie. Obwohl diese Erkrankungen zu den seltenen Krankheiten zählen, sind sie jedoch von therapeutischem und wissenschaftlichen Interesse. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Klassifikation und Therapie primär kutaner Lymphome. Die 1997 veröffentlichte EORTC-Klassifikation wird mit ihren wichtigsten Entitäten erläutert. Die EORTC-Klassifikation geht auf spezifische Besonderheiten der primär kutanen Lymphome ein und orientiert sich an der guten Prognose dieser Erkrankungen. Therapeutische Strategien wie der Einsatz von für kutane Lymphome typische Behandlungsmethoden (PUVA, Exzision, Radiatio) als auch gentechnisch hergestellte Medikamente wie therapeutische Antikörper und Vakzinen werden erklärt. Der zweiten Teil der Habilitationsschrift konzentriert sich auf experimentelle Arbeiten zur molekularbiologischen Untersuchung von primär kutanen Lymphomen. Im Mittelpunkt steht die Methode der Mikromanipulation und Einzelzell-PCR. Für die Mykosis fungoides konnte gezeigt werden, daß im initialen Ekzemstadium nur wenige klonale maligne T-Zellen in der Probe nachzuweisen sind. Mit Zunahme des Infiltrates (Plaque) sind die malignen Zellen in der Epidermis oder gruppiert in der Dermis lokalisiert. Im Tumorstadium dominieren die malignen Zellen das dermale Infiltrat (Gellrich S, J Invest Dermatol, 2000). Die Tumorzellen primär kutaner B-Zell-Lymphome weisen einen dem Keimzentrum ähnlichen Mutationsstatus, nämlich somatische Mutationen und intraklonale Diversifikation, auf (Gellrich S, J Invest Dermatol, 1997; Gellrich S, J Invest Dermatol, 2001). Die Daten sprechen für einen noch aktiven Mutationsmechanismus, sogenannte ongoing mutations (Golembowski S, Immunobiology, 2000). Eine Unterform der kutanen Lymphome stellen die primär kutanen CD30+ T-Zell Lymphome dar. In Untersuchungen mittels Mikromanipulation und Einzelzell-PCR wurden CD30+ Zellen aus primär kutanen CD30+ großzelligen Lymphomen hinsichtlich ihrer T-Zell-Klonalität untersucht. Dabei stellte sich heraus, daß nicht alle atypischen Zellen zur Tumorpopulation gehören. Es wird vermutet, daß ein unbekannter Stimulus zur Ausprägung der Zellmorphe und zur Expression des CD30-Moleküls führt (Gellrich S, J Invest Dermatol, 2003). Eine weitere Entität, bei welcher CD30+ Zellen eine Rolle spielen, ist die lymphomatoide Papulose. In den hier dargestellten Untersuchungen wurden CD30+ große atypische Zellen einzeln isoliert und anschließend mittels PCR für die Gene des T-Zell-Rezeptor-Gamma und des Immunglobulinrezeptors amplifiziert bei einem Patienten mit lymphomatoider Papulose und assoziierter Morbus Hodgkin-Erkankung. In zwei von drei Fällen waren diese CD30+ Zellen polyklonal. Die aus der Fragmentanalyse bekannte klonale T-Zell-Population konnte dagegen in CD3+CD30- kleinen Zellen gefunden werden. In einem dritten Fall enthielten die CD30+ Zellen klonale B-Zellen, welche die gleichen Immunglobulingene rearrangiert hatten wie Zellen aus einem zuvor bestehenden Hodgkin-Lymphom desselben Patienten. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass es für das Aufschießen und die Regredienz der Läsionen der lymphomatoiden Papulose einen Stimulus gibt und die klonalen T- und B-Zellen als Begleitinfiltrat ohne pathologische Bedeutung anzusehen sind. Insgesamt bilden die Daten dieser Arbeit eine Grundlage für eine Fortsetzung der Untersuchung zur Ätiopathogenese von primär kutanen Lymphomen und deren Therapie und bieten die Möglichkeiten vielfältiger wissenschaftlicher Kooperationen. / Primary cutaneous lymphomas present with typical clinical features in dermatology. Although these diseases are rare, they particularly are of scientific and therapeutic interest. The first part of this work deals with the classification and treatment of primary cutaneous lymphomas (PCBCL). The 1997 published EORTC classification will be explained according to the good prognosis of PCBCL. Therapeutic strategies as well as typical procedures (PUVA, excision, irradiation) and gene-technically produced drugs (therapeutic antibodies, vaccination) are illustrated in detail. The second part of this publication focuses on the experimental molecular biological work-out, done in primary cutaneous lymphomas by means of micromanipulation and single cell PCR. For the mycosis fungoides could be shown that in the patch stage only a few malignant T cells can be detected. Increasing infiltrates (plaque-stage) are characterized by epidermotrop or dermally grouped atypical cells. In tumor stage dermal atypical T cells are predominating (Gellrich S, J Invest Dermatol, 2003). The tumor cells of primary cutaneous B cell lymphomas are comparable with the stage of mutation of follicle centre cells: somatic mutations and intraclonal diversity (Gellrich S, J Invest Dermatol, 1997; Gellrich S, J Invest Dermatol, 2001). The data indicate, that there may be an active mutation mechanism, the so-called ongoing mutations (Golembowski S, Immunobiology, 2000). One subgroup of PCBCL, are presented by the CD30positve entities. By means of micromanipulation and PCR, single cells were investigated due to T cell clonality. Not all atypical cells belong to the malignant population. It is supposed that an unknown stimulus leads to morphological features and CD30 expression (Gellrich S, J Invest Dermatol, 2003). Another CD30positive entity is reflected by the lymphomatoid papulosis. In these experiments large atypical CD30positve cells were isolated and have been investigated via PCR for T cell receptor g or immunoglobuline heavy and light chain gene rearrangement. The majority of the large CD30postive cells (two cases) belong to a polyclonal T cell population. In the opposite, the small CD3positive cells are the cells persisting within the T cell clone. In another case B cells with the same immunoglobulin gene rearrangement like in a preceding Hodgkin disease of the same patient could be detected. The data seem to underline the fact that reactive polyclonal CD30positive cells are triggered by an unkown stimulus with clonal bystander cells without any pathological significance. In summary, this work could be the basis for further investigations about the etiopathogenesis of PCBCL.

De nombreuses applications peuvent être formulées en termes de systèmes distribués que ce soit une nécessité face à une distribution physique des entités (réseaux, robotique mobile) ou un moyen adopté face à la complexité d'appréhender un problème de manière globale. A travers l'utilisation conjointe de méthodes dites d'apprentissage par renforcement et des systèmes multi-agents, des agents autonomes coopératifs peuvent apprendre à résoudre de manière décentralisée des problèmes complexes en s'adaptant à ceux-ci afin de réaliser un objectif commun. Les méthodes d'apprentissage par renforcement ne nécessitent aucune connaissance a priori sur la dynamique du système, celui-ci pouvant être stochastique et non-linéaire. Cependant, afin d'améliorer la vitesse d'apprentissage, des méthodes d'injection de connaissances pour les problèmes de plus court chemin stochastique sont étudiées et une fonction d'influence générique est proposée. Nous nous intéressons ensuite au cas d'agents indépendants situés dans des jeux de Markov d'équipe. Dans ce cadre, les agents apprenant par renforcement doivent surmonter plusieurs enjeux tels que la coordination ou l'impact de l'exploration. L'étude de ces enjeux permet tout d'abord de synthétiser les caractéristiques des méthodes décentralisées d'apprentissage par renforcement existantes. Ensuite, au vu des difficultés rencontrées par ces approches, deux algorithmes sont proposés. Le premier est le Q-learning hystérétique qui repose sur des agents "à tendance optimiste réglable ". Le second est le Swing between Optimistic or Neutral (SOoN) qui permet à des agents indépendants de s'adapter automatiquement à la stochasticité de l'environnement. Les expérimentations sur divers jeux de Markov d'équipe montrent notamment que le SOoN surmonte les principaux facteurs de non-coordination et est robuste face à l'exploration des autres agents. Une extension de ces travaux à la commande décentralisée d'un système distribué de micromanipulation (smart surface) dans un cas partiellement observable est enfin exposée.

Les MEMS et NEMS (Micro et Nano ElectroMechanical Systems) connaissent un développement important notamment dans le cadre de la Nanomécanique. Le bon fonctionnement de ces MEMS/NEMS est soumis au contrôle des interactions de surfaces séparées par des distances de l'ordre de 100 nm à 1 Μm. A cette échelle, les forces dominantes peuvent être de nature variée (Van der Waals, Casimir, électrostatique, magnétique,...). Ce travail de thèse est consacré à l'étude expérimentale par AFM des interactions électrostatiques et de Van der Waals/Casimir entre une microsphère et une surface d'or. Une attention particulière a été apportée à la préparation et à la caractérisation des sondes (microsphère collée sur un microlevier). Ensuite, à partir de l'analyse du bruit et de la sensibilité du système de mesure, nous avons pu montrer notre capacité à mesurer des forces faibles avec une résolution inférieure au piconewton. Par une détection statique, nous avons mesuré précisément des forces capacitives de l'ordre de quelques dizaines de piconewton et pour des distances comprises entre 100 et 500 nm. Nous avons mesuré et quantifié les effets de la déflexion du microlevier sur la détermination de la distance sphère-surface. Par des mesures dynamiques, nous avons étudié le couplage entre un oscillateur (sphère-microlevier) excité mécaniquement ou thermiquement et une surface sous l'effet de la force de Casimir. Enfin, les mesures en mode dynamique, nous ont permis d'aborder l'étude des mécanismes de dissipation associés aux interactions à longue distance. Nous avons ainsi observé la dissipation par couplage électromécanique.

En microrobotique, la commande des systèmes est délicate car les phénomènes physiques liés à l'échelle microscopique sont complexes. Les méthodes dites d'apprentissage par renforcement constituent une approche intéressante car elles permettent d'établir une stratégie de commande sans connaissance \emph(a priori) sur le système. Au vu des grandes dimensions des espaces d'états des systèmes étudiés, nous avons développé une approche parallèle qui s'inspire à la fois des architectures comportementales et de l'apprentissage par renforcement. Cette architecture, basée sur la parallélisation de l'algorithme du Q-Learning, permet de réduire la complexité du système et d'accélérer l'apprentissage. Sur une application simple de labyrinthe, les résultats obtenus sont bons mais le temps d'apprentissage est trop long pour envisager la commande d'un système réel. Le Q-Learning a alors été remplacé par l'algorithme du Dyna-Q que nous avons adapté à la commande de systèmes non déterministes en ajoutant un historique des dernières transitions. Cette architecture, baptisée Dyna-Q parallèle, permet non seulement d'améliorer la vitesse de convergence, mais aussi de trouver de meilleures stratégies de contrôle. Les expérimentations sur le système de manipulation montrent que l'apprentissage est alors possible en temps réel et sans utiliser de simulation. La fonction de coordination des comportements est efficace si les obstacles sont relativement éloignés les uns des autres. Si ce n'est pas le cas, cette fonction peut créer des maxima locaux qui entraînent temporairement le système dans un cycle. Nous avons donc élaboré une autre fonction de coordination qui synthétise un modèle plus global du système à partir du modèle de transition construit par le Dyna-Q. Cette nouvelle fonction de coordination permet de sortir très efficacement des maxima locaux à condition que la fonction de mise en correspondance utilisée par l'architecture soit robuste.